[发明专利]基于自注入法布里-玻罗激光器的快速波长可调谐光源

说明书

技术领域

本发明属于激光光源技术领域，尤其涉及一种波长快速可调谐的激光光源。

背景技术

可调谐激光器是指在一定范围内可以连续改变激光输出波长的激光器。这种激光器的用途广泛，可用于光谱学、光化学、医学、生物学、集成光学、污染监测、半导体材料加工、信息处理、光通信和光传感等。

可调谐激光器从实现技术上看主要分为：电流控制技术、温度控制技术和机械控制技术等类型。

其中电控技术是通过改变注入电流实现波长的调谐，具有ns级调谐速度，较宽的调谐带宽，但输出功率较小，基于电控技术的主要有采样光栅分布布拉格反射激光器(SG-DBR)和辅助光栅定向耦合背向取样反射激光器(GCSR)。

温控技术是通过改变激光器有源区折射率，从而改变激光器输出波长的。该技术简单，但速度慢，可调带宽窄，只有几个nm。基于温控技术的主要有分布反馈(DFB)和分布布拉格反射(DBR)激光器。

机械控制主要是基于微机电系统(MEMS)技术完成波长的选择，具有较大的可调带宽、较高的输出功率。基于机械控制技术的主要有分布反馈(DFB)激光器、外腔激光器(ECL)和垂直腔表面发射激光器(VCSEL)等结构。

随着技术的发展，在光网络、光传感等诸多领域，对可调谐光源的调谐速率提出了越来越高的要求。在此背景下，高速可调谐光源成为了可调光源技术的热点所在。但现有高速电控可调谐激光器的控制系统十分复杂，不仅制约了光源的成本，也影响了整个光源的最终调谐速率。

发明内容

本发明的目的是解决现有可调谐激光器技术存在的调谐速率低，控制系统复杂的问题，提供一种基于自注入法布里-玻罗激光器的波长高速可调谐、控制简单、线宽窄的激光光源。

本发明通过纵模间隔和自由光谱区存在一定差异的一对法布里-玻罗激光器和梳状滤波器，由“游标对齐”效应(vernier效应)将差异放大，从而实现高速的波长调谐。通过自注入法布里-玻罗激光器技术实现光源的单纵模输出和功率稳定。输出波长由法布里-玻罗激光器驱动电流唯一决定，控制系统简单。该系统包括：

具有多纵模输出特性的激光器：该激光器在自由运转状态下能够产生多纵模激光输出；

光环行器：用于防止激光器输出的多纵模激光同时反馈注入激光器；

梳状谱光滤波器：激光器输出的多纵模激光经由光环行器进入梳状谱光滤波器，激光器的纵模模式间隔和梳状谱光滤波器的自由光谱区(FSR)之间存在一定差异，保证多纵模激光输出只有一个模式能够通过梳状谱光滤波器；

光耦合器：经梳状谱光滤波器的激光由光耦合器分成两路，一路通过光环行器注入激光器，实现激光器的自注入锁定，保证激光器输出功率的稳定性，另一路则作为光源的输出。

通过调节激光器驱动电流，自由运转状态下的激光器输出纵模波长会产生变化，由游标卡尺原理，通过梳状谱光滤波器放大该波长变化，从而实现波长的快速可调谐(调谐速率可至ns量级)。

所述的具有多纵模输出特性的激光器为法布里-玻罗激光器(F-P激光器)、法布里-玻罗半导体放大器、法布里-玻罗有源腔、半导体环形激光器、多波长环形激光器及其它多纵模激光器。

所述的光环行器能够用光隔离器、光耦合器、分光器或上述器件的组合代替。

所述的梳状谱光滤波器为法布里-玻罗滤波器(F-P滤波器)、法布里-玻罗标准矩、自由空气隙、延时干涉仪及其它具有梳状谱传输特性的滤波器。

所述的光耦合器接近无损地将光分为两束，能够用分光器或光分束器代替。

本发明可以是由分立元件构建的系统；也可以部分或是全部器件由基于波导结构的光集成芯片实现。

本发明有源器件仅有法布里-玻罗激光器，其它均为无源器件，因此该系统具有极高的稳定性，可以采用现有激光器封装技术完成封装。

本发明的工作原理

本发明中的法布里-玻罗激光器为多纵模激光器，而法布里-玻罗滤波器呈梳状滤波特性，当且仅当法布里-玻罗激光器的纵模与法布里-玻罗滤波器透过峰对准时，该模式得以稳定输出。当调节法布里-玻罗激光器驱动电流时，法布里-玻罗激光器为纵模间隔会有微小变化，由“游标对齐”效应，与法布里-玻罗滤波器透过峰对准的纵模波长就会改变，从而改变光源的输出波长。

本发明的优点和有益效果：

1.利用“游标对齐”效应(vernier效应)放大光源的频率差异，从而通过微小调节激光器的驱动电流即可实现较大的波长变化，提高了波长调谐的速率。